汽车电池组构成及装配工艺分析

黄锋云　莫燕铭　杨琦　韦泽仁　郑焕

摘 要：随着社会的发展，人们越来越关注环境保护和能源节约，这就对汽车行业电池的质量提出了更高的要求。众所周知，电池是电动力汽车的生命线，电池技术是新能源汽车的核心技术，可以说没有电池的发展就没有如今的电动力汽车。世界上第一台电动汽车其实早就出现了，可正是因为电池技术的原因才导致了在很长一段时期内电动汽车发展的停滞不前。汽车车身搭载的电池主要包括启动电池和动力电池，本文主要讨论动力电池，从汽车电池的种类、构成以及装配等方面做简要的分析。

关键词：蓄电池 燃料电池 电池装配工艺

1 汽车电池组的构成

传统燃油汽车的主要动力来源是燃油资源，新型能源汽车的主要动力来源之一是电池，其主要包括蓄电池和燃料电池两类。按照新型能源汽车的实际技术要求，蓄电池主要有以下这些，其中包括铅酸电池、镍基电池、钠电池、二次锂电池和空气体电池等。燃料电池作为燃料电池新能源汽车的专属装备，其包括碱性燃料电池（AFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、磷酸燃料电池（PAFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC）等。

1.1 汽车用蓄电池的构成

蓄电池主要应用于纯电动汽车，在纯电动汽车里蓄电池是驱动汽车的仅有的动力来源。蓄电池作为一种化学电源，它的工作的原理是充电的时候是将电能转化为化学能储存起来，而等到放电时候是将化学能又转化为电能供用电设备使用，并且可以反复使用。一般蓄电池的结构主要由正负极板、隔板、槽壳、电解液、连接条和极桩等组成（如图1所示）。

极板分为正极板和负极板两种，两种极板都是由相应的活性物质和栅架组成的，组成正极板的是呈现深棕色的二氧化铅（PbO2），构成负极板的是呈现深灰色的海绵状纯铅（Pb）。一片正极板和一片负极板浸入电解液中可以形成大约2.1V的电势，将多个正极板负极板并联之后焊接成正极板组和负极板组，然后将正极板和负极板互相嵌合的安装起来，将隔板插入中间后再装入蓄电池格内，就形成了所说的单格电池。如果是将6个单格电池串联也就构成了汽车常用的12.6V的蓄电池，也就是行业标准的12V的蓄电池。隔板的作用是使左右正极板负极板绝缘，它是一块绝缘板，但是隔板上设计有许多小孔，可以使得电解液顺畅流通。电解液是使用纯硫酸和蒸馏水按照一定的比例配置而成的溶液，每个单格电池中都加有一定的电解液，电解液工作的原理是它可以使得每块极板上的活性物质发生溶解和电离现象，继而产生电化学反应。电解液和正负极板组都安装在壳体内，蓄电池的壳体一般都是设计成整体性结构，壳体上一般都有连条、极柱和加液孔盖。每个单体电池都带有一个加液孔，都是用来加注电解液或检测电解液密度的，孔盖上方还设计有通气孔，便于蓄电池内部气体及时排出，以防止壳体出现胀裂的危险。

在蓄电池内部，当极板浸入到电解液以后，正负极板上面的活性物质会和电解液产生电化学反应，形成一定的电动势。当蓄电池被接入到电路以后，会根据情况完成一定的充电或放电过程。当蓄电池接通用电设备的时候，蓄电池就会对外释放电能，这个过程中，正负极板上面的活性物质和电解液发生的电化学反应会将化学能转化为电能释放出去，电解液内部导电是依靠内部的离子的定向运动实现。反之，当蓄电池被外部供电设备充电的时候，是将电能又转化为化学能储存起来，可以使蓄电池恢复到之前的状态（如图2所示）。当今出现的一种免维护蓄电池主要是在极板和栅架的材料方面作出了改进，采用了最先进的铅钙合金或者低锑合金作为极板栅架，改进之后使得蓄电池自放电减少了，耐过度充电性能提高了，还减少了工作过程中电解液中水分的损耗。

1.2 汽车用燃料电池的构成

车用燃料电池一般组成包括阳极、阴极、电解质和隔膜。燃料是在阳极处被氧化，氧化剂在阴极处还原。如果在阳极处持续供给气态燃料如氢气，同时在阴极處不停供给氧气或空气，就会在电极上发生电化学的反应，并伴随有电流的形成（如图3所示）。可以发现，燃料电池和传统电池相比是有大不同的，最主要的区别在于燃料电池所用的材料，这其中包括燃料和氧化剂都是储存在电池外部的储罐中而不是在电池内部，这和普通电池相比是不同的。在燃料电池工作的时候，它是在不断向电池内部输入燃料和氧化剂并不断将反应物排出，这种工作方式和传统的汽油或柴油发动机比较相似。因为燃料电池在工作的时候需要不断的向电池内部输入燃料和氧化剂，因此燃料电池所用的这些反应材料都采用流体材料，也就是液体或者气体。常用的燃料包括纯氢或者富含氢的气体或液体，比如重整气和甲醇水溶液，常见的氧化剂有纯氧、净化空气或某些液体，如过氧化氢和硝酸的水溶液等。

燃料电池的阳极为燃料和电解液提供了公共界面，并催化了燃料的氧化反应，同时也把反应中产生的电子传输到了外电路，或者先经过集流板后再向外电路传输。阴极是为氧和电解液搭建了公共界面的反应平台，并催化氧的还原反应，从外电路向阴极的反应部位传输电子。燃料电池电极上发生的反应多为多相界面反应，目的是要提高反应速率，所以燃料电池的电极多采用多孔材料做成，并且上面均涂有电催化剂。电解质可以输送电化学反应中产生的离子，同时也能阻挡电极间电子的直接传播，隔膜也可以起到以上这些作用，同时隔膜还可以分隔氧化剂和还原剂，所以燃料电池的隔膜大都采用耐湿润和抗电解质腐蚀的绝缘类物质。

2 汽车电池组的装配工艺

汽车电池组的装配有一套行业的装配工艺标准，诸如安装前必须要进行检测，电池的同极性相连，相关密闭性的检查等。此处以汽车电池组装配主要工序标准和电动汽车动力电池成组工艺为例，简述汽车电池组的主要装配工序标准和装配工艺流程。

2.1 汽车电池组装配主要工序标准

2.1.1 电芯外观全检标准

圆柱形电芯外观需要无短路，无氧化生锈，没有出现漏贴面垫或者面垫歪斜，还有破膜和膜皱等现象。如果是方形的电芯外观，需要表面没有电解液和毛刺或者其他污渍，也没有出现漏液和发鼓，变形和短路现象。面垫也不能出现歪斜或者起翘现象，复合镍带不能出现氧化还有赃物或者脱焊现象。聚合物的电芯外观标准是表面没有电解液和其他污渍，没有漏液、气胀和变形现象，极耳没有断裂，角位没有破损，折边没有分层现象。

2.1.2 电芯贴面垫标准

电芯贴面垫的标准是要求面垫粘贴要牢固，不歪斜，不起翘，不超出电芯端面边沿，也不能盖住负极的铆钉，也就是铝壳电芯的正极盖帽，该设备串并时多采用成型的青稞纸或者红钢纸粘贴，针对钢壳圆柱铁芯多采用包美纹纸或高温胶纸。（如图4所示）

2.1.3 电芯电压和内阻测试

该项测试的测试仪器包括万用表、多功能测试架、通用电池测试架、电池内阻测试仪和扫码机，测试连接法是这样的，电芯的正负极端分别和测试架的正极和负极顶针采用接触测试，测试架的上下顶针分别为正极和负极，钢壳电芯的盖帽是正极，电芯的外壳是负极。铝壳电芯的铆钉是负极，电芯的外壳是正极。

2.1.4 电芯的组合标准

圆柱电池以前多采用滴胶粘连工藝，该工艺多采用并串，用胶水将两只或以上的电芯粘在一起，现改为免滴胶组合，方法多采用相应规格的点焊夹具固定，然后电池的上下部位采用成型的青稞纸粘连组合在一起。而对于聚合物电池来说，现在多采用透明胶先缠绕一周半再进行装配组合。该工序标准要求自检，要求粘贴环节不错位，要牢固，保证电池电芯端平齐，胶水要均匀的滴在电芯之间的缝隙，还要防止电池电极发生短路，整体保证电池焊接的质量。

2.1.5 电池pack工艺

电池的封装工艺包括卡扣封装，塑焊封装，胶框封装和注塑封装四种。卡扣装配工艺成本高，并且一致性较差，最难以控制的是变形问题。相比较来说，超声波塑焊工艺在前者的几个短板方面表现的更好，增强了一致性，并且不容易变形。注塑工艺的一致性也好，无缝隙，美观，尺寸小容量高的同时成本也低。

2.2 汽车电池组成组工艺流程

2.2.1 电芯匹配

此处需要检查电芯的批号是否一致，外观和尺寸是否和需求一致。电芯的电压和内阻需要作出检查和筛选，不合格品需要暂时隔离放置。操作人员在作业的时候需要佩戴手套等防护工具，切忌将不同批次电池混合装配和使用。

2.2.2 电池汇流排焊接

铜排，镍片检验好后，放入相应的焊接夹具之中，铜排和镍片的摆放位置要正，不得偏移。然后将焊接夹具放在固定架上面，确认激光焊接程序的正确性，相关焊接参数一定要在允许的范围之内，最后还需要检测焊点的状态是否正常，有无异常状况。此时操作人员须佩戴手套和防护眼镜，操作人员不得随意更改焊接参数。

2.2.3 电池组焊接

将匹配好的电池按照顺序依次装入塑料骨架当中，此时需要检查电池是否有正负极装反了的现象，检查无误后将组装好的电池组正极朝上装入电阻焊工装。接下来确认电阻焊程序正确以及焊接参数的准确无误，再次检查电阻焊焊点没有异常现象，此程序一定注意电池正负极不能装反，否则会导致电池出现短路现象。（如图5所示）

2.2.4 电池模组灌胶

首先把需要灌胶的电池组放入工装中，然后将混合好了的AB胶灌入模具中，此环节要注意AB胶一定要混合均匀，并且要及时灌入模具，以免时间久了发生凝固。

2.2.5 电池组电联装配

将匹配好的电池组按照需要装入电池箱，按照所需工艺的要求把铜排和线束一起安装好，同时安装BMS以及插头等部件。此序操作需注意操作人员须佩戴手套并严禁佩戴金属等导电饰物，电池组以及线束安装须按照正确顺序，不能装错装反，相应的螺丝须拧紧，到位。

2.2.6 成品电池箱测试

这里需要进行的有BMS测试，绝缘测试和充放电测试。在连接设备进行BMS测试的时候要注意采集总电压、单体电压和温度等信息，进行测试的时候一定要注意线路不能接反，测试过程中应安排人员值守，一旦发现异常应立刻停止测试并报告上级主管。

电池装配工序复杂，并且关键岗位多，一定要做好抽检、自检工作，并且要做好工艺流程记录。因为汽车电池属高压危险设备，所以操作人员在工作的时候要注意防止触电，避免设备短路，另外相关人员要做好消防准备工作。

3 结语

综上所述，新能源技术已是未来发展的主流趋势，而作为电动汽车的驱动心脏，电池技术是未来技术革故鼎新的重中之重。如何从电池的构成和装配工艺入手，着力提高电池的能量密度和续航能力并同时降低成本，将是未来我们所要思索并开拓的问题。

参考文献：

[1]陈世全.燃料电池电动汽车[M].清华大学出版社.2005.5.

[2]杨孝纶.电动汽车技术发展趋势及前景[J].汽车科技.2008.1.

[3]孙立新，林树忠等.锂锰扣式电池生产线控制系统设计[J].电池.2004.3.